介孔分子筛MCM-41的水热稳定性

介孔分子筛MCM-41在催化、吸附分离以及化学组装制备先进材料等方面具有潜在的巨大应用价值,但MCM-41的低水热稳定性使其在催化研究领域中的应用受到了极大的限制。因此,提高介孔分子筛的水热稳定性具有十分重要的科研和实际应用意义。笔者对介孔分子筛MCM-41低水热稳定性的原因作了简要分析,并系统地介绍了近几年来在提高介孔分子筛水热稳定性方面的研究工作。     

苄基磺酸接枝MCM-41介孔分子筛的合成与表征

在采用溶胶-凝胶法合成纯硅MCM-41基础上，经过两步后合成处理，在纯硅MCM-41上接枝苄基磺酸，并通过X射线衍射、低温氮气吸附、红外光谱、元素分析、热重分析和酸度滴定，对所得样品进行了表征。结果表明，经过苯甲醇、氯磺酸两步接枝处理，苄基及磺酸成功地接入MCM-41上，并保持MCM-41的介孔结构，接枝后的磺酸型MCM-41比表面积和孔容均减小，分别为 976 m²·g^-1和0.42 cm³·g^-1，酸量为4.2 mmol·g^-1。     

介孔材料MCM-41的合成与性能表征

在水热条件下用新的合成控制手段得到孔壁较厚的MCM-41介孔分子筛材料,并采用XRD、N2吸附、TG-DTA、SEM和吡啶程序升温脱附等测试手段对合成的MCM-41样品进行表征,结果表明合成的介孔材料结晶度比较高,具有六方排列的孔道结构,孔径分布较窄,BET表面积较大,样品热稳定性高,吡啶-TPD谱图表明样品具有弱的或中等强度的酸性.用MCM-41作为活性组分制备成催化剂,进行微反活性实验,表明其裂化活性较低,但对柴油有较高的选择性.     

非水介质中合成介孔分子筛MCM-41

首次采用十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、正硅酸乙酯为硅源, 分别使用无机和有机弱碱, 溶剂热晶化法在非水甘油介质中合成了介孔分子筛MCM-41, 通过XRD, N₂吸附-脱附, TG-DTG, IR, SEM等测试手段对样品进行了表征分析, 结果表明在甘油体系中得到的样品具有优良的孔结构性质. 相比于氢氧化钠, 以有机弱碱(无水乙二胺、三乙胺)作为碱源, 可以得到有序性更好、结晶度高的样品, 样品具有较窄的孔径分布.     

以催化油浆为增孔剂的MCM-41介孔分子筛的合成

采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、正硅酸乙酯为硅源、硫酸铝为铝源,水热合成了以甲苯溶解的催化油浆为添加剂的MCM-41介孔分子筛,通过XRD、N2吸附脱附、TG-DTA、SEM等测试手段对合成样品进行了表征,重点研究了在甲苯/催化油浆=1∶1和2∶1（质量比）两个剂油比下分子筛结晶度、晶胞参数、BET表面积、平均孔径以及孔容等结构性质随催化油浆添加量的变化规律,并对合成机理进行了解释。结果表明,当剂油比为1∶1时,分子筛的结晶度和晶胞参数随催化油浆添加量的变化呈现先增加后减小趋势,当noil/nCTMAB=0.34时,其晶胞参数最大可以达到5.95 nm;当剂油比为2∶1时,随添加剂量的增加,分子筛结晶度降低,BET表面积成先增大后减小,而孔容和平均孔径呈逐渐增加趋势。当noil/nCTMAB＝0.15时,MCM-41的BET表面积可达1163.7m2·g-1,孔容可达到1.34cm3·g-1,平均孔径为4.34 nm。     

介孔分子筛MCM-41表面的有机胺功能化及其应用

采用γ-胺丙基三甲氧基硅烷与表面硅羟基的反应,对介孔分子筛MCM-41进行了有机胺功能化.并对其进行了表征.XRD、比表面积测定、元素分析、TG、FT-IR和TEM的测定结果均表明,MCM-41表面成功地接枝上了有机胺功能基团而六方结构特征基本保持.在有机胺功能化的MCM-41上固载Ru基催化剂,并将其用于CO2加H2合成HCOOH反应,所显示的活性优于相应的均相催化剂,并且该催化剂具有较好的回收再用性能.     

青霉素酰化酶在含铁MCM-41介孔分子筛上的固定化研究

制备了具有长程有序结构、孔径分布狭窄的含铁MCM-41介孔分子筛，利用直接法和共价结合法将青霉素酰化酶固定在分子筛表面。结果表明，两种方法制备的固定化酶对青霉素G水解反应的表观活性分别为782U/g和256U／g；经6次连续操作使用，二者保持初始活性的49．4％和81．2％，后者的操作稳定性好于前者。共价结合法制备的固定化酶活性较低，是由于Fe—MCM-41表面修饰后比表面积和孔径明显减小所致。     

纳米介孔分子筛MCM-41的微波辐射合成法

报导了纳米介孔分子筛MCM-41的微波辐射合成法,运用XRD、HRTEM、IR、TG、荧光光谱和低温N2吸附等技术对其进行了表征.研究结果表明,利用微波技术合成MCM-41,操作便利,节能省时.所得产物具有六方介孔排列结构,孔径约2.5 nm;颗粒大小分布均匀,平均粒径约40 nm;比表面积和孔隙率高,吸附量大,热稳定性好;在近紫外光激发下,显示出纳米粒子的量子发光效应.     

MCM-41介孔分子筛掺杂的微孔型聚合物电解质的制备与表征

以介孔分子筛MCM-41作填料,丙酮与二甲基甲酰胺混合液为溶剂,用直接造孔成膜的方法制备了微孔型聚合物电解质膜.该法避免使用造孔增塑剂,既简化了制膜工序,又减少电池中副反应的发生,使电池性能得以提高.MCM-41分子筛具有六方有序排列的单一柱状孔道结构和纳米级的粒子尺度,其骨架结构单元与一般聚合物电解质常用的纳米SiO2填料具有相同的化学成分,该分子筛堆积时形成的表面空隙及其独有的一维介孔孔道对聚合物电解质微孔的形成与连通、电导率的提高都具有重要作用,是一种极具实用价值的新型无机填料.     

介孔材料MCM-41催化吲哚与硝基烯Friedel-Crafts反应的研究

用介孔材料MCM-41催化吲哚与β-硝基烯发生Friedel-Crafts反应,成功地合成了天然产物中广泛存在的3-取代吲哚衍生物.该方法具有反应条件温和、操作简单以及环境友好、经济良好等优点,其催化剂也可循环再用.     

The Synthesis and Characteristics of Vanadoaluminosilicate MCM-41 Mesoporous Molecular Sieves

A series of vanadoaluminosilicate MCM-41 mesoporous molecular sieves with various compositions have been hydrothermally synthesized. Hexadecyltrimethylammonium bromide was used as a surfactant in the synthesis. The samples were characterized with nitrogen sorption, X-ray diffraction, differential thermal analysis, thermogravimetric analysis, Fourier transform-Infrared spectroscopy, UV-visible spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and solid state NMR. The solid products had the MCM-41 structure and contained only atomically dispersed vanadium and aluminum consistent with framework vanadium and aluminum. The samples were hydrophobic and contained large amount of surfactant in the as-synthesized samples. The surfactant could be removed upon calcination at 450°C. N₂ sorption measurements and TEM demonstrate the high mesoporosity of [V, Al]-MCM-41. The incorporation of vanadium and aluminum into MCM-41 decreased the surface area to some extent. The morphologies of all the samples were the agglomerate of plates. ²⁹Si MAS NMR shows that the pore wall is amorphous. ²⁷Al MAS NMR shows that all of aluminum species were tetrahedrally coordinated even after calcination at 550°C.     

Nitrogen Adsorption Study of MCM-41 Molecular Sieves Synthesized Using Hydrothermal Restructuring

Nitrogen desorption scanning hysteresis loops (DSHLs) for large-pore MCM-41 silicas (pore diameter from 4.0 to 6.5 nm) are reported for the first time. DSHLs for MCM-41 were compared with those of conventional mesoporous silicas and no appreciable differences were found, although hysteresis loops and DSHLs for the latter were usually broader. Since desorption behavior of conventional porous silicas is appreciably influenced by pore connectivity, the observed similarity in hysteresis behavior suggests single-pore blocking effects for MCM-41 due to variation of pore diameter along its nonintersecting channels. It was also shown that the steepness of nitrogen desorption branches at relative pressures close to 0.4 often results from proximity of the lower pressure limit of adsorption-desorption irreversibility and consequently it is not justified to consider it as an indication of narrow pore size distribution. Thus, application of desorption data in calculations of pore size distributions may be grossly misleading.     

水解对MCM-41分子筛的结构破坏作用

详细考察了ＳｉＭＣＭ－４１、ＡｌＭＣＭ－４１和ＨＡｌＭＣＭ－４１在不同环境中的水解和结构破坏情况．空气和水蒸汽中短期高温焙烧对全硅型ＳｉＭＣＭ－４１的结构影响较小,但在潮湿空气中长期放置可因Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ键发生水解而造成结构的严重破坏．ＡｌＭＣＭ－４１的抗水解能力优于ＳｉＭＣＭ－４１的,但因其结构中包含一定量的Ｎａ＋离子,降低了高温焙烧时结构的热稳定性和水热稳定性．ＨＡｌＭＣＭ－４１的热稳定性和水热稳定性均优于ＡｌＭＣＭ－４１．分子筛水热晶化过程中的盐析效应被证实是导致ＡｌＭＣＭ－４１和ＨＡｌＭＣＭ－４１抗水解能力增强的原因,因此在合成原料中加盐可显著改善ＭＣＭ－４１分子筛的抗水解能力和稳定性     

Synthesis and Catalytic Activity of Cu-Incorporated MCM-41 with Spheres-within-a-Sphere Hollow Structure

Cu-incorporated ordered hexagonal mesoporous silicates （Cu-MCM-41） with spheres-within-a-sphere hollow structure have been synthesized using thermoreversible polymer hydrogel methylcellulose （MC） and cationic surfactant as co-templates, which have been characterized by scanning electron micrograph （SEM）, X-ray diffraction （XRD）, transmission electron micrograph （TEM）, and N2 adsorption-desorption isotherms. The obtained results indicate that the morphology of Cu-incorporated MCM-41 materials is ＂spheres-within-a-sphere＂ hollow structure, which is very similar to that of the alveolus. In benzene hydroxylation with H2O2, the hollow spheres show much higher catalytic activity than particles of Cu-MCM-41.     

高氮含量MCM-41的制备及其对Knoevenagal缩合反应的催化性能

 采用二次合成法制备了含氮MCM-41分子筛,系统考察了氨气流速、氮化温度和氮化时间等因素对分子筛氮含量的影响,并通过X射线衍射、 N2吸附、透射电镜、 X射线光电子能谱和 29Si MAS NMR等方法探测了氮化后分子筛的物理化学特性. 结果表明,氨气流速和氮化温度是影响分子筛氮含量的主要因素. 氨气流速为400 ml/min时, 950 ℃下经12 h氮化后的MCM-41分子筛氮含量(质量分数)可达26.0%, 并较好地保持了原有分子筛的骨架结构. 由于氮化温度相对较低,对分子筛的结构破坏较小,而氮含量高、氮化后的MCM-41分子筛对Knoevenagal缩合反应具有很高的碱催化活性.     

介孔MCM-41分子筛载钯配合物催化Heck反应的性能

以MCM 41分子筛作为固载材料 ,经氨基功能化后与各种钯化合物形成MCM 41载钯配合物。采用XRD、XPS等技术对其结构及表面性能进行了表征 ,并研究了催化剂的制备条件等因素对催化Heck芳基化反应性能的影响 ;同时 ,以共轭烯烃和各种芳基碘的Heck芳基化反应考察了MCM NH2 ·Pd(0 ,Ⅱ )配合物的催化性能。结果表明 ,MCM NH2 固载钯配合物具有高的催化活性和立体选择性 ,高得率地生成了一系列取代的反式产物。     

MCM-41中孔SiO2分子筛合成新方法

以溴代十六烷基吡啶（CPBr）为模板剂，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，在优化的操作条件下通过S＋X-I 路径合成了高结晶度的MCM－41中孔SiO2分子筛，并提高了其收率；以TG－DTA结果为基础，对分子筛脱模板剂的过程进行了优化，同时以XRD对合成物系中CPBr；TEOSHCl，H2O相对含量对MCM－41分子筛晶相结构的影响以及该结构的形成过程进行了分析，发现MCM－41结构沿S＋X-I 路径的形成经过了Lamellar→Hexagonal相转移历程.     

AlMCM-41介孔分子筛的合成及表征

以拟薄水铝石为铝源、水玻璃为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,在110℃时水热晶化合成了含Al的MCM-41介孔分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、固体29Si、27Al魔角旋转核磁共振技术(MASNMR)、扫描电镜(SEM)及吡啶吸附傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对AlMCM-41分子筛进行了表征.结果表明:AlMCM-41分子筛具有六方排列的孔道结构,同时具有很高的相对结晶度、比表面积和孔容,且孔分布单一;AlMCM-41分子筛中Si原子在骨架内键合的程度更高,使AlMCM-41分子筛具有更好的骨架晶化程度;同时具有四配位骨架铝,使AlMCM-41介孔分子筛具有适当的酸性.     

中孔分子筛MCM-41的合成与表征

以白炭黑和正硅酸乙酯为硅源,十二、十六烷基三甲基铵为模板剂,用水热法和室温直接法合成出中孔分子筛MCM-41,考察了对合成的影响因素,用红外光谱、吸附、孔分布、热分析等手段对这两种产物进行了表征。结果表明:这种分子筛可以在很宽的配比范围内获得,但较高水硅比更有利于合成;在水硅比较低的体系中得到了一种类MCM-41中孔相(亦应属于MCM-41),其XRD衍射峰较宽,2θ角度偏低,具有类似于无定形硅铝酸盐的骨架结构。